Additive manufacturing of titanium-based materials using electron beam wire 3D printing approach: peculiarities, advantages, and prospects = Адитивне виробництво матеріалів на основі титану методом 3D-друку з використанням електронно-променевого топлення дроту: особливості, переваги та перспективи / O. M. Ivasishin, D. V. Kovalchuk [et al.]

Потенціал адитивних технологій, а саме, технології xBeam 3D Metal Printing було продемонстровано для виготовлення однорідного стопу Ti - 6Al - 4V (Ti-6-4, мас. %), а також шаруватих структур на основі титану з механічними властивостями, достатніми для широкого практичного застосування. Основними відмінними рисами цього процесу є використання дроту із титанового сплаву як вихідного матеріалу й електронного променя конічної форми для нагріву та топлення дроту. Стоп Ti-6-4, одержаний 3D-друком за розробленою "стратегією зсуву", відповідає вимогам щодо механічних характеристик відповідних литих і кованих виробів, якщо особливості мікроструктури, анізотропії матеріалу та кристалографічної текстури контролюються належним вибором параметрів процесу. Описано виробництво багатошарових структур, де комбінуються шари різних титанових матеріалів, а саме, технічно чистого титану (CP-Ti), Ti-6-4, високоміцного стопу T110, а також металоматричних композитів (ММС) на основі Ti-6-4, зміцнених частинками TiC. Проаналізовано мікроструктурні особливості та механічні властивості всіх 3D-друкованих матеріалів. Проведено балістичні випробування вказаних матеріалів різними кулями. Описані результати показали багатообіцяючий потенціал технологій 3D-друку, наприклад xBeam 3D Metal Printing, для виготовлення багатошарових броньових матеріалів на основі титану зі зменшеною товщиною та вагою, і, в той же час, достатніми захисними характеристиками.

Aluminizing of metal surfaces by electric-spark alloying = Алітування металевих поверхонь електроіскровим легуванням / V. B. Tarelnyk, O. P. Gaponova, N. V. Tarelnyk, O. M. Myslyvchenko

Проаналізовано вплив параметрів електроіскрового легування алюмінійовим електродом на якість (шерсткість, мікроструктуру покриття, його суцільність, фазовий склад і мікротвердість) алітованого шару, оцінено вплив методів фінішного оброблення після алітування, вивчено жаротривкість одержаних покриттів. Металографічний аналіз показав, що покриття складаються з трьох ділянок: "білого" шару, дифузійної зони й основного металу. Зі збільшенням енергії розряду зростають такі параметри якості поверхневого шару як товщина, мікротвердість "білого" шару та перехідної зони, шерсткість. Суцільність "білого" шару за енергії розряду Wp = 0,52 Дж є низькою (50 - 60 %), з подальшим збільшенням енергії розряду зростає та за Wp = 6,8 Дж становить 100 %. Збільшення енергії розряду під час електроіскрового легування (ЕІЛ) призводить до змін хімічного та фазового складів шару: за низьких енергій розряду формується шар, що складається переважно з <$Ealpha - roman Fe> й оксидів Алюмінію. Зі збільшенням Wp шар складається з інтерметалідів заліза й алюмінію, а також вільного алюмінію, що підтверджується даними локального мікрорентгеноспектрального аналізу. Для практичного застосування можна рекомендувати процес алітування за методом ЕІЛ з використанням режимів (енергія розряду в межах 4,6 - 6,8 Дж і продуктивність у 2,0 - 3,0 см<^>2/хв), які забезпечують формування "білого" шару завтовшки у 70 - 130 мкм, мікротвердістю у 5000 - 7500 МПа, шорсткістю (Ra) у 6 - 9 мкм і суцільністю у 95 - 100 %. З метою збільшення товщини алітованого шару рекомендовано на крицеву поверхню попередньо наносити консистентну речовину, що містить алюмінійову пудру і, не чекаючи її висихання, проводити ЕІЛ алюмінійовим електродом. Тоді суцільність покриття складає 100 %, товщина шару - до 200 мкм, мікротвердість - 4500 МПа. У роботі представлено результати дослідження параметрів якості багатокомпонентних алюмінійвмісних покриттів систем Al - S, Al - C - S, Al - C - B. Заміна алюмінійового електроду на графітовий призводить до пониження товщини та суцільности "білого" шару, відповідно, до 50 мкм і 30 %. У свою чергу, мікротвердість на поверхні підвищується до 9000 МПа. Додавання до консистентної речовини 0,7 бору призводить до збільшення товщини та суцільности "білого" шару, відповідно, до 60 мкм і 70 %. Мікротвердість на поверхні збільшується до 12 000 МПа. З метою пониження шерсткості поверхневого шару задля одержання суцільних покриттів рекомендується проводити ЕІЛ алюмінійовим електродом, але на менших режимах.

Analysis of materials and modern technologies for PDC drill bit manufacturing = Аналіз матеріалів і сучасних технологій для виготовлення свердел, оснащених коронками, армованими полікристалічними синтетичними діамантами

З метою залучення ширшого кола науковців до пошуку нових та удосконалення наявних технологічних процесів виготовлення бурильних доліт залежно від металів, що використовуються, способів формування точності й якості їх робочих поверхонь проведено огляд та аналіз технологічних систем механічного оброблення та наявних технічних засобів. Виконано огляд робіт, де розглянуто вплив механофізичних характеристик, властивостей, структури, а також сучасних технологій, інструментів і технічних засобів, проаналізовано основні тенденції та відмінності у технологіях, визначені металами, які застосовують. Показано, що металознавчий підхід до питань проектування бурильних інструментів є основним шляхом для суттєвого підвищення їх експлуатаційних властивостей; крім цього, дослідження умов термодинамічної рівноваги та характеру перебігу в металевих матеріалах різних процесів під час виготовлення бурильних доліт забезпечать їх високі експлуатаційні показники. Побудовано схему формування якості бурильного долота, згідно з якою якість долота є комплексним показником і визначена як металами, так і технологією виготовлення окремих елементів доліт. Показано, що до основних технологічних етапів, на яких формується якість долота, належать: виробництво заготовок, чорнове та напівчистове механічне оброблення різанням деталей, хіміко-термічне оброблення, покриття корпусу, викінчувальне механічне оброблення різанням, прилютовування різців, складання долота в цілому. Встановлено, що вибір металу для виготовлення бурильного долота визначає відмінності не тільки технологічні, але й конструктивні.

Anomalies in deformation behaviour of TiAl intermetallic. 1: 1, 2000

Запропоновано пояснення немонотонної температурної залежності межі плинності sigma_y(T) у TiAl, де мають місце два екстремуми, в яких відбувається зміна характеру температурної залежності sigma_y(T). Порівняння кривих sigma_y(T) для TiAl та типових кривих для інших матеріалів (ОЦК металів, інтерметалідів типу Ni₃Al) дозволяє реконструювати форму потенціального рельєфу для дислокацій у TiAl. Форма одержаного рельєфу відтворює існування двох типів дислокаційних пасток (мілких і глибоких) та двох типів потенціальних бар'єрів: низьких і високих для захоплення дислокацій відповідно у випадках мілких і глибоких пасток. З урахуванням захоплення дислокацій у пастки та виходу з них описано характер деформаційної поведінки TiAl в усьому інтервалі температур. Отримано вирази, які дозволяють знайти екстремуми на кривій sigma_y(T). Проаналізовано можливі типи залежності коефіцієнта зміцнення theta(T) в області аномальної температурної залежності sigma_y(T). Встановлено умови, за яких виникає аномальна температурна залежність theta(T). Висловлено припущення, що форма потенціального рельєфу для дислокацій суттєво змінюється в деякій області поблизу мікротріщини. Захоплення дислокацій в глибокі пастки, яке стимулюється концентрацією напруги поблизу мікротріщини, та неможливість їм покинути ці пастки аж

до відносно високих температур розглянуто як можливу причину крихкості TiAl. Запропоновано модель, яка описує деформаційну поведінку інтерметалідів після деякої попередньої деформації. Ця модель дозволяє описати дві альтернативні можливості: виникнення або відсутність макрострибка напруги після вказаної деформації.

Application of glow discharge plasma for cleaning (activation) and modification of metal surfaces while welding, brazing, and coating deposition = Застосування плазми жеврійного розряду задля очищення (активації) та модифікування металевих поверхонь для зварювання, лютування та нанесення покриттів / M. G. Bolotov, I. O. Prybytko

Відомо, що поверхневі явища відіграють вирішальну роль у процесах утворення міцних міжатомових зв'язків за з'єднання різнорідних матеріалів, а також осадження металевих покриттів. Так, наявність на поверхні металів різного роду забруднень, зокрема шарів оксидів, суттєво понижує поверхневу енергію металу, перешкоджаючи таким чином перебігу дифузійних процесів у зоні контакту та змочуванню їх рідкою лютою, а також адгезії конденсованих плівок на поверхні субстрату. У зв'язку з цим суттєву роль відіграють процеси очищення (активації) металевих поверхонь перед зварюванням або нанесенням на них шару покриття. У ряді випадків металеві поверхні модифікують задля надання їм необхідних властивостей. Останнім часом з метою активації та модифікування поверхонь перед зварюванням і нанесенням покриттів широкого використання набуває газорозрядна плазма жеврійного розряду. Остання уможливлює здійснення оброблянь поверхонь різної конфігурації, у тому числі й внутрішніх порожнин, та різної площі - від одиниць до десятків тисяч квадратних сантиметрів. Даний огляд містить результати досліджень стосовно очищення та модифікування металевих поверхонь йонами низької енергії (<< 10 кеВ), ініційованих у плазмі аномального жеврійного розряду для зварювання, лютування та нанесення покриттів. Зокрема, тут наведено результати досліджень іонного очищення в плазмі жеврійного розряду поверхонь зразків, виконаних з криць 45 і 08кп, ряду активних металів і стопів, а також хромовмісних криць 40Х, 20X13 та 12Х18Н10Т, що мають на своїй поверхні хімічно та термічно стійкі оксиди Cr2O3. Зазначено щодо вирішального впливу на ефективність очищення та модифікування металевих поверхонь таких параметрів режиму, як напруга на електродах, густина струму розряду, тиск у робочій камері та час іонної експозиції. При цьому оптимальні значення цих параметрів у більшості випадків визначаються технологічними умовами процесу та коливаються в наступних межах: Up = 1500 - 3500 В, Jp = 0,4 - 1 мА/см<^>2, P = 3,99 - 7,98 Па, t = 120 - 300 с відповідно.

Arc-evaporated nanoscale multilayer nitride-based coatings for protection against wear, corrosion, and oxidation = Одержані електродуговим напорошенням наномасштабні багатошарові покриття на основі нітриду для захисту від зношування, корозії й окиснення

У стислому огляді узагальнено результати досліджень структури та властивостей наномасштабних багатошарових покриттів нітридів тяжкотопких металів. На прикладі TiN/MoN-, TiN/ZrN-, CrN/MoN- та більш складних (багатошарових) (TiZrNbTaHf)N/WN:(TiZrNbTaHf)N/MoN-покриттів, одержаних за методом вакуумно-дугового осадження катоду, досліджено та проаналізовано залежності їх твердості, зносостійкості, тертя, корозії та окиснення від умов осадження та товщини шарів. Відмічено закономірності структури та властивостей поведінки даних наномасштабних багатошарових покриттів від розміру нанозерен, текстури та напруг, що виникають у цих покриттях.

Binary molybdenum compounds: promising materials for novel physics of superconductivity and practical applications = Двокомпонентні сполуки молібдену - перспективні матеріали для нової фізики надпровідності та практичних застосувань / A. P. Shapovalov, M. O. Belogolovskii, O. O. Boliasova, O. A. Kordyuk

У даному огляді підсумовано недавній прогрес у дослідженні низькотемпературних властивостей двокомпонентних стопів та інтерметалевих сполук на основі молібдену із зосередженням головним чином на надпровідникових характеристиках, що відображають нову фізику та можливі застосування. Наведено експериментальні дані, що підтверджують двозонну/двощілинну природу ряду надпровідних сполук. Стверджується, що двокомпонентні стопи Mo - Re із переважним внеском ренію представляють ідеальну та рідкісну тестову систему, в якій сполуки з різними співвідношеннями Re/Mo можуть бути як центросиметричними, так і нецентросиметричними, що в останньому випадку призводить до можливого змішаного надпровідного спарювання. Продемонстровано, що дві MoC-фази, - <$Ealpha - roman MoC> і <$Egamma - roman MoC>, - є топологічно нетривіальними щодо їх об'ємних і поверхневих зонних структур, тоді як аморфні надпровідники MoSi і MoGe є одними з перспективних матеріалів для різних надпровідникових застосувань. Обговорено нові тенденції у комп'ютерному моделюванні структури та властивостей двокомпонентних сполук з використанням як прикладу нещодавно відкритої стехіометричної сполуки MoBo2, а також можливості застосування вже відомих і ще досліджуваних надпровідників на молібденовій основі.

Casting quality enhancement using new binders on sand casting and high-pressure rheo-die casting = Поліпшення якості лиття з використанням нових зв'язувальних при литті у піщану форму та кокільному литті за високого тиску

Якість литва є чинником досконалості для міряння успішності лиття металу. Однією зі спроб одержати високоякісний ливарний продукт є визначення якості використовуваної формовки у піскувато-глинистої суміші. Ідентифікація якості формування піскувато-глинистої суміші визначається такими характеристиками, як твердість, міцність на зсув, розтяг і проникність. Розглянуто питання пояснення міцності формовки з піску з композиційною зміною типу зв'язувального: формування з піску, бентоніту, золи виносу та води; пісок виверження гори Келуд, бентоніт і вода; пісок виверження гори Келуд, бруд Сідоарджо та вода; пісок виверження гори Келуд, портландцемент і вода; пісок, вулканічний попіл і вода; зелений пісок, бентоніт, летюча зола та вода; пісок із Малангу, бентоніт, пудри з тапіоки та саго; пісок для формовки, бентоніт, портландцемент і вода. Кокільне лиття за високого тиску (зазвичай відоме в англійській літературі як rheo-HPDC) є новим методом лиття у виробництві якісних ливарних виробів. Зростаючий попит на ринку стимулює розробку нової технології, за допомогою якої можна виробляти виливки з чудовими механічними властивостями, хорошою мікроструктурою та незначними дефектами литва. Метод кокільного лиття під високим тиском, що є вдосконаленим способом виливання в кокіль, можна розглядати як розумну технологію виготовлення, оскільки вона узагальнює технологію напівтвердого металу, яка враховує правильне приготування суспензії. Процес приготування гноївки постійно вдосконалюється, і новітнім методом готування є метод самозабруднення. Обговорено процедуру, механізм, розроблення та якість продукції лиття у піскову форму з використанням нових зв'язувальних, а також методи лиття у кокіль за високого тиску.

Change in structural-phase states and properties of lengthy rails during extremely long-term operation = Зміна структурно-фазових станів і властивостей довгомірних рейок під час надзвичайно тривалої експлуатації / V. E. Gromov, Yu. F. Ivanov [et al.]

За допомогою методів сучасного фізичного матеріалознавства виявлено закономірності та механізми формування структурно-фазових станів і властивостей на різній глибині у голівці рейок по центральній осі та викружці після диференційованого гартування 100-метрових рейок й екстремально тривалої експлуатації (пропущений тоннаж - 1411 млн тон брутто). Показано, що диференційоване гартування супроводжується формуванням морфологічно багатопланової структури, представленої зернами пластинчастого перліту, ферито-карбідної суміші та структурно-вільного фериту. Структуру криці характеризували параметром кристалічної гратниці <$Ealpha - roman Fe>, рівнем мікронапружень, розміром областей когерентного розсіяння, величиною міжплатівкової віддалі, скалярною та надлишковою густинами дислокацій. Показано, що екстремально тривала експлуатація рейок супроводжується множинним перетворенням структури металу головки рейок: руйнуванням структури платівчастого перліту та формуванням в об'ємі перлітових колоній субзеренної структури субмікронних (100 - 150 нм) розмірів; виділенням по межах і в об'ємі субзерен частинок фази карбіду нанометрового діапазону; зростанням мікроспотворень кристалічної гратниці криці; деформаційним наклепом металу, що спричиняє збільшення (в 1,5 разу щодо вихідного стану) скалярної та надлишкової густин дислокацій. Тривала експлуатація рейок супроводжується формуванням градієнта структурних складових, що полягає у закономірній зміні відносного вмісту платівчастого перліту, зруйнованого перліту та структури ферито-карбідної суміші по перерізу головки рейок. По мірі наближення до поверхні викружки рейок відносний вміст об'єму металу зі структурою платівчастого перліту понижується, а зі структурою зруйнованого перліту та ферито-карбідної суміші збільшується. Встановлено, що характерною особливістю структури ферито-карбідної суміші є нанорозмірний діапазон зерен, субзерен і частинок фази карбіду, що формують її - розмір зерен і субзерен, які формують даний тип структури, змінюється в межах 40 - 70 нм; розмір частинок карбідної фази, розташованих на межі зерен і субзерен, змінюється в межах 8 - 20 нм. Виявлено багаточинниковий характер зміцнення криці, що зумовлено субструктурним зміцненням, спричиненим формуванням субмеж фрагментів, межі яких стабілізовано частинками карбідної фази; зміцненням частинками карбідної фази, розташованими в обсязі фрагментів і на елементах дислокаційної субструктури (дисперсійне зміцнення); зміцненням, зумовленим осадженням на дислокаціях атомів карбону і формуванням Коттреллових атмосфер); зміцненням, внесеним внутрішніми полями напружень, спричиненими несумісністю деформації кристалічних гратниць структурних складових <$Ealpha>-фази та частинок фази карбіду.

Characterization methods of heat flows in solids = Методи визначення характеристик теплових потоків у твердих тілах / O. Ye. Pogorelov, O. V. Filatov [et al.]

Завдяки аналізу широкого спектра відомих методів характеризації теплових властивостей твердого тіла визначено найбільш ефективні стосовно дослідження багатошарових систем. Серед розглянутих стаціонарних, квазистаціонарних і нестаціонарних методів виділено Паркерів експрес-метод визначення теплофізичних характеристик пласких об'єктів, <$E3 omega>-метод та модифікації їх для точкових і планарних досліджень, зокрема плівок. Застосування модифікованого Паркерового експрес-методу для дослідження шаруватих структур уможливило виявлення ефекту нереверсивності теплопередачі у системі Cu/AlN/Al. Такий ефект пояснено особливостями процесів передачі тепла на межі метал-діелектрик залежно від їх Дебайових температур і з урахуванням електрон-фононної взаємодії.

Computer modelling of metal nanoparticles adsorbed on graphene = Комп'ютерне моделювання металевих наночастинок, адсорбованих на графені / O. V. Khomenko, A. A. Biesiedina, K. P. Khomenko, R. R. Chernushchenko

За допомогою комп'ютерного моделювання досліджено вплив нанесених атомів Al, Pd, Co, Au, Ni на одношарову графенову підкладинку. Комп'ютерне моделювання розпорошення наночастинок на основі методу молекулярної динаміки реалізовано за технологією NVIDIA CUDA. За результатами модельних розрахунків досліджено загальну поведінку системи. Проведено експерименти з вивчення розпорошення атомів різних металів за різних початкових умов системи. На основі цих напорошень аналізується поведінка на початку взаємодії нанесених атомів з підкладинкою. Порівняно часові залежності латерального положення центру мас наночастинок і сили підкладинки протягом експерименту для різних матеріалів, що напорошуються. Досліджено поведінку повної та потенціальної енергій, температури й імпульсу системи. Показано, що спостерігається стрибок сумарної енергії та температури, а також зміна поведінки імпульсу та сили підкладинки за досягнення атомами карбону графену для всіх осаджень.

Conditions for the fabrication of metallic glasses and truly amorphous materials = Умови одержання металічних стекол та суто аморфних матеріалів

Виконано огляд літературних даних з проблеми формування невпорядкованих структурних станів за швидкого охолодження металевих розтопів. Новизна авторського підходу полягає в тому, що, окрім загальновживаної моделі металевих стекол (МС), які в структурному відношенні являють собою аморфно-нанокристалічні композити, аналізуються умови фіксації однофазних аморфних структур, позбавлених включень кристалічної складової. Розглянуто критерії схильності розтопів до некристалічного твердіння: "глибокої евтектики", термодинамічні, структурні (топологічні), фізико-хімічні та кінетичні. Увагу приділено роботам, в яких критичні значення товщини та швидкості охолодження розтопів, що забезпечують формування МС, визначають шляхом узгодженого розв'язання теплової та кінетичної задач, сформульованих стосовно процесу гартування з рідкого стану (ГРС). Показано, що використання моделі ефективних швидкостей зародження та росту кристалів у дослідженнях кінетики масової кристалізації уможливлює аналіз складних перетворень, що здійснюються за умов конкуренції декількох кристалічних фаз і/або механізмів перетворення, а також спрощує розрахунки параметрів мікроструктури продуктів ГРС. Надано детальну характеристику запропонованого авторами термокінетичної аналізу умов аморфізації металевих розтопів. Доведено, що ймовірність формування структури металевих стекол, перш за все, визначається швидкістю росту кристалів, величина якої контролюється відношенням різниці вільних енергій рідкої та кристалічної фаз <$EDELTA G sub v> до в'язкості <$Eeta> розтопу. Визначено інтервали значень критерію <$EDELTA G sub v "/" eta> для матеріалів чотирьох груп із суттєво різною здатністю до склоутворення. Заключний розділ місить результати розрахункового аналізу умов пригнічення процесів зародкування та фіксації суто аморфних структурних станів. За даними відповідних літературних джерел показано, що реальну перспективу одержання повністю аморфних структур демонструють лише стопи, що тверднуть у вигляді МС під час лиття у металеву виливницю. Зроблено висновок, що головними чинниками, які підвищують ймовірність щодо абсолютної аморфізації, є відносно низькі (до 10<^>20 м<^>-3-с<^>-1) значення стаціонарної частоти утворення центрів кристалізації та яскраво виражена тенденція уповільнення процесів зародження з ростом швидкості охолодження розтопів.

Copper-titanium solid solutions are a new generation of high-strength age-hardening alloys. 6: 1 = Медно-титановые твердые растворы - новое поколение высокопрочных стареющих сплавов, 2005

Виконано огляд оригінальних досліджень українських і російських авторів, які відносяться до вивчення явища виділення та зміцнення у разі старіння Cu - Ti-сплавів. У цьому разі особливо підкреслено, що механізм початкових стадій розпаду не є спинодальним (точка зору американських авторів), а скоріше являє собою зародкування дисперсних частинок когерентної метастабільної <$E alpha prime>-фази (Cu4Ti). В огляді також розглянуто: закономірності кінетики і морфології неперервного та переривчастого (коміркового) розпаду, морфологію виділення метастабільної <$E alpha prime>- і стабільної <$E beta>-фаз; вплив зовнішніх чинників (пластичної та ультразвукової деформації, зовнішнього тиску, радіоактивного опромінювання) на ці процеси; можливі механізми надзвичайного зміцнення старіючих Cu - Ti-сплавів та явище звороту міцності. Зроблено висновок, що за своїми механічними властивостями ці сплави можуть з успіхом замінити берилійову бронзу.

Correlation between surface tension, work of adhesion in liquid metals/ceramic systems, and acoustic parameters = Кореляція між поверхневим натягом, роботою адгезії у системах рідкі метали/кераміка та акустичними параметрами

Продемонстровано кореляцію між акустичними швидкостями V, пружніми модулями M, густинами <$Erho> та поверхневим натягом <$Esigma sub m>, а також роботою адгезії Wad різних рідких металів на фіксованій кераміці. Використано обчислювальну програму для сканувального акустичного мікроскопу (САМ) за умов, що є сприятливими задля генерування акустичних хвиль. Виявлено, що для конкретних систем усі досліджені акустичні параметри демонструють хорошу залежність від поверхневого натягу та роботи адгезії. Аналіз та кількісне визначення результатів призвели до встановлення напівемпіричних формул. Одержані вирази мають наступний вигляд: <$Eroman log~(V sub i )~=~0,49~log~( sigma sub m "/" rho sub sm )~+~B sub i>, <$E M~=~A sub m sigma sub m>, <$EW sub ad ~=~C sub i V sub i> і <$EW sub ad ~=~ xi (M "/" rho sub sm ) sup {1 "/" 2}~+~D sub c>, де Ai, Bi, Ci, Am, <$Exi> і Dm є характеристичними значеннями швидкостей і модулів пружності, ніжні індекси m відносяться до модулів пружності (Юнга чи зсуву), а індекси i = L, T, R - до поширюваних поздовжніх, поперечних або Релейових хвиль. Важливість одержаних формул полягає у можливості передбачення поверхневого натягу та роботи адгезії меж поділу метал/кераміка, залежно від пружніх і акустичних характеристик.

Crystal structure, phase state, and magnetoresistive properties of nanostructured thin-film systems based on permalloy and noble metals = Кристалічна структура, фазовий стан і магнеторезистивні властивості наноструктурованих тонкоплівкових систем на основі пермалою та шляхетних металів / I. M. Pazukha, Yu. O. Shkurdoda

Розглянуто та проаналізовано літературні дані щодо експериментальних результатів стосовно структурно-фазового стану та магніторезистивних властивостей наноструктурованих плівкових систем на основі пермалойових стопів NixFe1 - x і шляхетних металів. Показано, що, незалежно від методу формування (пошарова чи одночасна конденсації), фазовий стан системи залишається двофазним. У процесі високотемпературного відпалювання можливим є формування твердих розчинів. За застосування методу пошарової конденсації величина магнеторезистивного ефекту та характер польових залежностей залежать від товщини магнітних і немагнітних шарів у вихідному стані. У випадку застосування методу одночасної конденсації визначальними параметрами є концентрації компонентів і загальна товщина системи. Проаналізовано також вплив температури на магніторезистивні властивості наноструктурованих плівкових систем на основі пермалойових стопів і шляхетних металів.

Current functional materials for wear-resistant casting: from multicomponent cast irons to hybrid high-boron alloys = Сучасні функціональні матеріали для зносостійкого лиття: від мультикомпонентних чавунів до гібридних високобористих стопів / Yu. G. Chabak, V. I. Zurnadzhy [et al.]

Розглянуто результати, одержані в останні два десятиріччя в галузі розробки функціональних трибологічних стопів, призначених для виготовлення литва, що працює в умовах інтенсивного абразивного, ерозійного й ерозійно-корозійного зношування. Проаналізовано хімічний склад, мікроструктурні особливості, механічні та трибологічні властивості (а) багатокомпонентних чавунів, (б) стопів Fe - C - B з підвищеним (1 - 3,5 мас. %) вмістом бору, а також (в) "гібридних" варіантів стопів, розроблених поєднанням різних підходів до легування абразивностійких стопів. Зроблено наголос на необхідності одержання гетерофазної структури, що складається із твердих сполук різних типів (карбідів, боридів, карбоборидів), розподілених у мартенситній матриці, зміцненій за рахунок вторинного твердіння. Такий структурний стан одержують одночасним введенням кількох сильних карбідоутворювальних елементів (Ti, W, Mo, V, Cr) у близьких пропорціях (за аналогією із високоентропійними стопами). Це призводить до конкуренції їх у фазоутворенні під час кристалізації, що забезпечує загальне диспергування структурних елементів стопу. Показано перспективність часткової заміни карбону на бор у стопах на основі заліза, що уможливлює формування боридних і карбоборидних фаз із більш високою твердістю у порівнянні з карбідами. Це уможливлює досягнення високого рівня зносостійкости за відсутности (або низького вмісту) легувальних елементів, що надає змогу суттєво зменшити вартість литва. Проаналізовано вплив легувальних елементів на фізико-механічні властивості боридних фаз, окреслено перспективи та представлено нові ("гібридні") стопи, розроблені шляхом комбінування мультилегування з підвищеним вмістом бору. Описано основні технологічні підходи до оброблення борвмісних зносостійких стопів задля додаткового поліпшення їх механічних і трибологічних властивостей.

Current trends to obtain metals and alloys with ultrafine-grained structure = Сучасні тенденції одержання металів і стопів з ультрадрібнозернистою структурою / A. B. Naizabekov, A. S. Kolesnikov [et al.]

Одержання матеріалів з підвищеними та правильно збалансованими фізико-механічними властивостями залишається однією з головних цілей матеріалознавства. Одним з найбільш перспективних способів поліпшити властивості металевих матеріалів, не вдаючись до зміни та ускладнення їх хімічного та фазового складів, є одержання в них ультрадрібнозернистих станів. Для таких матеріалів характерною є висока міцність за високої пластичності. Таке поєднання властивостей критично важливе для відповідальних виробів, де значущими є вага та розмір деталі. Наприклад, для медичних імплантатів, які, за збереження міцності, можна зробити тоншими, і в разі перевищення навантаження імплантат не зруйнується, ушкоджуючи навколишні тканини, а лише погнеться та може бути згодом замінений. Подібне поєднання міцности та пластичности складно одержати іншими способами (наприклад термообробленням). Проте для об'ємних ультрадрібнозернистих матеріалів, окрім вимог до розміру зерен, ще пред'являються вимоги до ізотропності та рівновісности зерен, межі розорієнтування яких мають бути переважно висококутові. Традиційні технології деформування (такі як волочіння та холодне вальцювання) також супроводжуються подрібненням структури. Одначе в основному субструктура має пористий характер із зернами, подовженими у напрямку волочіння чи вальцювання, та також містить високу частку малокутових меж. Цей факт сприяє анізотропії властивостей виробів за відсутности поєднання властивостей високої міцності та пластичності одночасно. За останніх 2 - 3 десятиліття великий інтерес для виробництва ультрадрібнозернистих матеріалів привертають технології інтенсивної пластичної деформації (ІПД). Втім зростання попиту суттєво обмежується високою вартістю виробництва виробів із таких матеріалів, зумовленою високою енерго- та трудомісткістю їх виробництва. Тому в даній роботі розглянуто та проаналізовано сучасні технології одержання металів і стопів з ультрадрібнозернистою структурою, що поєднують одночасно високу міцність і пластичність, в умовах використання відносно простих і недорогих пристроїв, які уможливлюють витрату мінімального часу для виробництва. Літературний огляд показує, па якому рівні знаходиться процес розроблення технологій для одержання ульпрадрібнозернистої структури в металах і стопах. Такі структури забезпечують поєднання високого рівня характеристик міцності з високою пластичністю, що принципово відрізняє такі матеріали від звичайних. Це актуально для сфер застосування, де критично важливі вага та розмір або особливими є експлуатаційні властивості деталі.

Design of a two-layer Al - Al₂O₃ coating with an oxide layer formed by the plasma electrolytic oxidation of Al for the corrosion and wear protections of steel = Розробка двошарового покриття Al - Al₂O₃ з оксидним шаром, сформованим плазмовим електролітичним оксидуванням алюмінію, для захистів криці від корозії та зношування / L. Ropyak, T. Shihab [et al.]

Проаналізовано технології формування покриттів для захисту деталів машин і обладнання від корозії та зношування в агресивних середовищах. Розглянуто вплив режимів плазмового електролітичного оксидування (ПЕО) вентильних металічних матеріалів на будову, мікроструктуру та фізико-механічні властивості оксидних покриттів. Для вирішення цієї проблеми перспективною є розробка комбінованої технології: нанесення шару алюмінію на поверхню крицевих деталів з подальшим його ПЕО. Мета роботи - теоретичне дослідження розподілу температури у крицевому циліндрі, покритому шаром алюмінію, під час ПЕО для обгрунтування товщини шарів двошарового покриття алюміній-оксид алюмінію. Розроблено установку для ПЕО та технологічний процес формування двошарового покриття Al - Al2O3 на довгомірних деталях. Створено математичну модель нескінченного тришарового циліндра з внутрішнім коаксіальним поверхневим циліндричним джерелом тепла, що рухається з постійною швидкістю в радіальному напрямку вглиб алюмінійового шару циліндра. Модель засновано на розв'язанні крайової задачі теплопровідності з умовою ідеального теплового контакту між шарами. Під час ПЕО утворюється твердий оксидний шар, але товщина непрооксидованого шару алюмінію зменшується. Теплофізичні характеристики такого циліндра є функціями радіальної координати циліндра та часу. Під час побудови двошарового покриття доцільно використовувати результати теплових розрахунків для обгрунтування товщини прилеглого до поверхні криці шару неоксидованого алюмінію за умови забезпечення перебігу процесів взаємної дифузії на межі поділу між алюмінієм і крицею для підвищення міцності зчеплення покриття з основою за рахунок нагрівання миттєвими джерелами тепла, спричинених дією іскрових електричних розрядів у процесі ПЕО. Товщина зовнішнього суцільного шару оксиду алюмінію вибирається з умови забезпечення необхідного терміну служби деталей машин на зношування з певним збереженням. Результати проведених механічних, трибологічних випробувань і випробування на корозійне розтріскування крицевих зразків з розробленим двошаровим покриттям Al - Al2O3 показали високі його експлуатаційні властивості.

Determination of the boundaries of plastic zone of metal deformation during the cutting = Визначення меж пластичної зони деформування металу при різанні

Мета роботи - аналіз проблеми визначення меж пружньо-пластичної зони за різних методів оброблення деталів різанням. Розглянуто різні методики визначення сил різання за механічного оброблення зі зніманням стружки, а також підходи до визначення напружено-деформованого стану матеріалу. Розглянуто структуру комплексних теоретико-експериментальних досліджень енергосилових параметрів процесів механічного обробляння. Для теоретичного дослідження енергосилових параметрів процесів запропоновано метод розрахунку пластичного деформування металів, заснований на замкнутій системі рівнянь механіки суцільних середовищ. Одержано вирази, за допомогою яких можна відтворювати просторову картину розподілу деформацій у металі за діамантового вигладжування та шліфування, що надає змогу наочно уявити механізм деформування та спростити аналіз деформованого стану матеріалу. Встановлено функціональний зв'язок між потужністю деформування та параметрами режиму оброблення деталей за діамантового вигладжування та шліфування. Запропоновано метод експрес-розрахунку сил різання з використанням відомих інженерних методик. Проаналізовано експериментальні та розрахункові дані щодо визначення розмірів пластично-деформованої зони важкооброблюваних матеріалів. Детально розглянуто механізм гальмування дислокацій і перетворення енергії під час деформації, в результаті чого розроблено дислокаційно-кінетичний підхід, в основі якого лежить поняття про дислокацію як про квазичастинку, що представляє собою квант деформування. З використанням дислокаційно-кінетичного підходу розроблено математичну модель, яка уможливлює виконання розрахунку величини зони випереджувального зміцнення, що підтверджено порівнянням із експериментальними даними. Доопрацьовано модель Старкова, пояснено фізичний зміст коефіцієнта у формулах для розрахунку меж зон зміцнення. Введено новий критерій подібності, що зв'язує дисипацію енергії пластичної деформації та швидкість перебудови температурного поля.

Determinism of the symmetry of a single-crystalline surface of interface at obtaining 0D- and 2D-structures of noble metals and indium on silicon = Детермінізм симетрії монокристалічної поверхні межі поділу при одержанні 0D- і 2D-структур шляхетних металів та індію на кремнії

Досліджено питання "квантової інженерії" вирощування плівок срібла на напівпровідникових підкладинках, яке уможливлює одержання нових форм речовини. Наведено результати з енергетичної дисперсії електронних станів у епітаксіальних плівках Ag(111), одержаних на Si(001) та Si(111). Пояснено розщеплення зон і наведено результати аналізу поверхневих станів за Шоклі. Детально проаналізовано надструктури, які утворюються на поверхні моношарових наноструктур срібла. Здійснено детальний аналіз енергетичних станів квантових ям шляхетних металів. Досліджено механізм формування нанорельєфу шляхетного металу на поверхнях (111) і (110) монокристалу Si за багатостадійного термічного напорошення. Симетрія поверхні інтерфейсу монокристалічної площини кремнію Si (111) <$E7~times~7> є детермінувальною у механізмі росту гексагонально-пірамідальних структур міді, срібла та золота. Досліджено морфологічні особливості поверхні індію за його термічного нанесення на поверхні Si(111) і Si(110). Спостережено утворення кластерів правильної кубічної форми, що свідчить про формування нанокристалів In. Утворення нанокластерів In (розміром у <$Esymbol Ы~10> нм) на поверхні Si(111) і подальше змінення морфології поверхні монокристалу модифікують розраховані криві густини електронних станів.